裝配式混凝土橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

李凱

(華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 江蘇 南京 210000)

近年來，我國的裝配式技術(shù)在不斷地發(fā)展和變化，越來越多的建筑企業(yè)也日益重視裝配式橋梁項(xiàng)目的建設(shè)與發(fā)展。這些企業(yè)利用科學(xué)手段對(duì)橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格把控，并對(duì)橋梁設(shè)計(jì)與建造方面進(jìn)行了專業(yè)測定，從而使橋梁的使用期限符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。通過這些因素可以看出研究裝配式橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)的必要性，建筑企業(yè)要對(duì)裝配式橋梁設(shè)計(jì)的要點(diǎn)加強(qiáng)把控，并加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究和創(chuàng)新，這樣才能幫助我國橋梁建設(shè)事業(yè)持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，可以進(jìn)一步發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)，激發(fā)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?jié)撃?，從而提高人民的生活質(zhì)量和水平。

1 裝配式混凝土橋梁的特點(diǎn)分析

1.1 有效節(jié)約資源

傳統(tǒng)橋梁建筑施工建設(shè)不僅需要很多人力資源，而且還需要專業(yè)的機(jī)械設(shè)備、大量的原材料，才能夠?qū)⒁蛔鶚蛄航ê?。而裝配式橋梁采用的是統(tǒng)一化的工廠生產(chǎn)工藝，在單一模塊的用料比例上顯得更加統(tǒng)一和規(guī)范，而且通過批量的生產(chǎn)還可以使橋梁的上部、下部構(gòu)件的生產(chǎn)都能夠按照市場標(biāo)準(zhǔn)來嚴(yán)格進(jìn)行。這種生產(chǎn)模式可以有效減少現(xiàn)場生產(chǎn)過程中大量使用鋼筋和混凝土造成的浪費(fèi)。在施工的現(xiàn)場，混凝土建筑需要消耗很多的木方、模板等材料，現(xiàn)在，裝配式混凝土橋梁技術(shù)的使用與裝配式橋梁的構(gòu)建，大大減少了之前的材料浪費(fèi)，并且提高了機(jī)械化率，從而降低人力成本的投入。

1.2 橋梁建設(shè)更加高效

裝配式混凝土橋梁又稱為預(yù)制裝配式混凝土橋梁，預(yù)制裝配式混凝土橋梁的重點(diǎn)就是預(yù)制和裝配，預(yù)制就是指在橋梁通過審核和批準(zhǔn)的一系列操作后，就可以進(jìn)入預(yù)先的批量生產(chǎn)中。在裝配式混凝土橋梁的建設(shè)過程中，橋梁各個(gè)模塊的生產(chǎn)與地面的準(zhǔn)備工作都會(huì)同步進(jìn)行，就可以大大減少施工時(shí)間。與傳統(tǒng)的先選建設(shè)地址后建造的施工流程大不相同，裝配式的橋梁結(jié)構(gòu)安裝起來更加簡便，與現(xiàn)場的起吊安裝設(shè)備進(jìn)行了配合后，可以實(shí)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)快速安裝，且在安裝完成之后就可以投入使用當(dāng)中，從而提高了橋梁建設(shè)的效率。

1.3 有效減少對(duì)環(huán)境的影響

傳統(tǒng)的鐵路橋或者是公路橋等大規(guī)模的建設(shè)，會(huì)嚴(yán)重破壞周圍的生態(tài)環(huán)境，而這些傳統(tǒng)的混凝土澆筑現(xiàn)場工藝都會(huì)用到很多大型的運(yùn)輸攪拌設(shè)備，這些設(shè)備還會(huì)破壞地表植被，所以近年來都不太被提倡。而裝配式混凝土橋梁的裝配工藝不僅對(duì)環(huán)境的影響較小，而且也不會(huì)破壞地表植被，對(duì)周圍空氣的影響也較小。單純的安裝焊接工作比以往復(fù)雜的流程更加清潔和環(huán)保，從一定程度上降低了水資源的使用率，推動(dòng)了我國建筑事業(yè)朝著現(xiàn)代化方向發(fā)展[1]。

1.4 保障橋梁質(zhì)量

在傳統(tǒng)橋梁的建設(shè)過程當(dāng)中，很多因素都會(huì)影響橋梁的建設(shè)質(zhì)量，如空氣濕度、天氣溫度等，這些自然環(huán)境因素都會(huì)在一定程度上影響混凝土的硬化情況。除了這些因素以外，人為因素也會(huì)增加橋梁的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)因素會(huì)嚴(yán)重危害到整體的橋梁建設(shè)施工質(zhì)量，還會(huì)帶來嚴(yán)重的安全隱患。不同施工單位的能力與施工標(biāo)準(zhǔn)都大不相同，所以橋梁的綜合質(zhì)量也很難得到有效保證。而裝配式橋梁結(jié)構(gòu)采用的是集約化的生產(chǎn)模式，通過嚴(yán)格把控提高單個(gè)橋梁的建設(shè)質(zhì)量，從一定程度上減少了各種自然因素與人為因素給施工帶來的不良影響。

1.5 現(xiàn)場施工程序更簡便

裝配式混凝土橋梁結(jié)構(gòu)采用的是整體運(yùn)輸和整體吊裝等施工工藝，并且采用了人工焊接的方式。施工的流程不僅簡單而且高效，有效避免了傳統(tǒng)橋梁建設(shè)工程現(xiàn)場雜亂的局面。用更加簡潔的工作方式以及內(nèi)容達(dá)到更高效的施工結(jié)果，而且裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的使用也為城建單位的現(xiàn)場管理提供了方便，提升了橋梁建設(shè)項(xiàng)目的整體水平。

2 裝配式混凝土橋梁施工前準(zhǔn)備

2.1 構(gòu)建墩柱、蓋梁BIM模型

首先要結(jié)合施工的要求，對(duì)施工過程進(jìn)行科學(xué)合理的分析，通過使用Revit軟件，按照1∶1的比例要求進(jìn)行建模。建模時(shí)需要搭建合適的模型來表現(xiàn)出預(yù)力筋與鋼筋骨架等構(gòu)件的位置信息，從而整合出方便建筑施工人員觀看的建筑模型，這樣可以有效避免鋼筋整體抗震效果不符合標(biāo)準(zhǔn)且影響橋梁的整體質(zhì)量，并且在準(zhǔn)備施工前還可以通過碰撞檢測來辨別橋梁的各個(gè)構(gòu)件是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 鋼筋加工

在施工前用鋼筋綁扎作業(yè)在鋼筋加工廠實(shí)施，實(shí)施過程中一定要按照施工的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來進(jìn)行，從而確保主筋位置的偏差不會(huì)超過預(yù)期的范圍。當(dāng)實(shí)際的施工開始，施工工作人員還要對(duì)主機(jī)的垂直度在捆扎作業(yè)進(jìn)行時(shí)采取同步測量，禁止垂直度偏差超過0.5%，要將施工的偏差控制在5 mm內(nèi)。

3 裝配式混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工

3.1 裝配式混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 裝配式橋梁的護(hù)欄和橋面鋪裝宜在體系完成后施工

一定要在體系完成后再進(jìn)行施工鋪裝，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系已經(jīng)完成了變形，而后澆筑的鋪裝不會(huì)因結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換帶來的變形而出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。如果先澆筑鋪裝，鋪裝層會(huì)有一部分參與主梁的工作，然后再開始體系轉(zhuǎn)換，這樣對(duì)主梁是不利的[2]。

3.1.2 橋梁橫隔板

箱型截面預(yù)制箱梁是梁式橋中較為普遍的一種形式。在箱式梁設(shè)計(jì)過程中，為了確保箱梁的橫向剛度滿足施工要求，在箱梁的腹板中通常要設(shè)置橫向連接，設(shè)計(jì)一般在中點(diǎn)、支點(diǎn)處或者在梁端處。

3.1.3 橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

在橋梁不同材料的連接處，運(yùn)行時(shí)間久了就容易產(chǎn)生裂縫，由于裂縫承受了橋梁的傳遞剪力，當(dāng)剪切力作用在裂縫上時(shí)，一側(cè)裂縫就會(huì)對(duì)另一側(cè)產(chǎn)生滑移的力，若接觸面不光滑、不平整，接觸面的長時(shí)間摩擦?xí)菇佑|面進(jìn)一步分離，對(duì)橋梁中的鋼筋產(chǎn)生拉力作用，若達(dá)到極限狀態(tài)就是鋼筋應(yīng)力達(dá)到了屈服程度，這就是摩擦抗剪，又稱為橫向預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力能夠?qū)M向聯(lián)結(jié)性能到達(dá)增強(qiáng)的效果，但不能就此認(rèn)為橫向預(yù)應(yīng)力的設(shè)置越多，越能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的橫向聯(lián)結(jié)性能。在裝配式板橋中，如果要實(shí)現(xiàn)板間即使在鉸縫和鋪裝層縱向開裂的情況下也能傳遞剪力，可以配置足夠數(shù)量橫向預(yù)應(yīng)力，以此來保證橋梁的橫向聯(lián)結(jié)性能。設(shè)計(jì)橫向預(yù)應(yīng)力的主要目的是設(shè)計(jì)多重防線來減少鉸縫和鋪裝層的縱向開裂隱患，而且橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)橋面也能起到抑制作用，以此實(shí)現(xiàn)橋梁安全性的保障作用[3]。

3.2 裝配式混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)施工

3.2.1 裝配式板梁

裝配式板梁是中小型橋梁施工建設(shè)中的主要結(jié)構(gòu)，它在施工建設(shè)中的應(yīng)用也非常廣泛。但是我國目前使用的空心板梁總體的質(zhì)量有待提升，在使用過程當(dāng)中，板梁很容易在壓力下發(fā)生整體的坍塌。因?yàn)榭招陌辶旱恼w承受能力有限，一旦壓力超過橋體的承受限度，板梁處就會(huì)發(fā)生斷裂，對(duì)整個(gè)工程造成很大的影響。所以，空心板梁不能承受超載與大負(fù)荷的車輛，通常都是將I型鋼管放置在混凝土中，以保證整體建筑行程鋼骨結(jié)構(gòu)。將單元化的預(yù)制板梁作為建設(shè)的基礎(chǔ)單位，來幫助每個(gè)板梁之間銜接。

3.2.2 裝配式T型梁

裝配式T 型梁采用的是復(fù)合型結(jié)構(gòu)，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成了一種剪力，這種力可以幫助橋梁受力保持平衡和穩(wěn)定，在一定程度上提高了橋梁的承重能力。要想建設(shè)好裝配式T 型梁，首先就要制作或者是整體預(yù)制橋梁的臺(tái)座，臺(tái)座不僅要承受附加的應(yīng)力，而且還能夠承受梁體的重量。其中，底模需要考慮不同跨度梁需求，在臺(tái)座間預(yù)留一定的活動(dòng)空間，通常是3～4 m，這個(gè)活動(dòng)空間是用來移梁的，同時(shí)還要制作鋼筋與骨架成型，然后再進(jìn)行安裝。在安裝鋼筋之前，還需要對(duì)模板的尺寸與位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，最后進(jìn)行混凝土的澆筑。在澆筑時(shí)，一定要避免澆筑上層混凝土?xí)r，下層混凝土被破壞，可以通過提高澆筑的速度來達(dá)到這一目的，建筑施工人員一般都會(huì)在上一層混凝土初凝前澆筑[4]。

3.2.3 裝配式組合箱梁

裝配式組合箱梁采用的也是復(fù)合型的結(jié)構(gòu)，也就是兩側(cè)與底部采用鋼結(jié)構(gòu)來建設(shè)，但是路面采用混凝土的結(jié)構(gòu)。當(dāng)墻面還沒有完全進(jìn)行整體結(jié)合時(shí)，U 型梁承受著整個(gè)橋梁的主體重力，同時(shí)還承載著自身重力。隨著時(shí)間的推移，當(dāng)橋面和U型梁完全閉合，從而形成整體的受力框架時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)就可以以組合箱梁的形式來參與到受力當(dāng)中。而且在現(xiàn)場的施工過程當(dāng)中，預(yù)制的U型結(jié)構(gòu)不僅可以方便運(yùn)輸，還可以為裝吊的各個(gè)環(huán)節(jié)提供便利。但是一定要注意內(nèi)外的受壓情況，防止壓力造成梁體的偏移，從而影響后期的安裝。

4 裝配式混凝土橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工

4.1 橋墩及其連接

裝配式混凝土橋梁的橋墩采用的是一體化的裝配式建筑構(gòu)件，該構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，而且穩(wěn)定性也很高，支撐能力很好。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于將鋼筋準(zhǔn)確地插入預(yù)留的空隙以后，再以橋梁作為定位的基準(zhǔn)，使用鋼筋來加固上下結(jié)構(gòu)的連接。然后在上部的橋體當(dāng)中插入柱狀的結(jié)構(gòu)完成對(duì)接的工作，再使用混凝土對(duì)上下部位進(jìn)行銜接。

4.2 承臺(tái)與樁基之間連接

承臺(tái)與樁基之間的連接方式很獨(dú)特，大多類似于炮筒的連接方式，也就是在樁基的底部預(yù)留足夠長度的鋼筋，通過鋼筋的結(jié)構(gòu)式承臺(tái)來與樁基之間形成人為的整體，從而提高承臺(tái)和樁基之間的整體承重結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。施工人員會(huì)根據(jù)整體的受力情況來設(shè)置好鋼筋的使用情況，從而避免在重力的影響下承臺(tái)和樁基之間發(fā)生壓縮、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的狀況。

5 裝配式混凝土橋梁抗震設(shè)計(jì)

5.1 明確傳力路徑因素

設(shè)計(jì)人員首先要明確好傳遞的途徑和因素，在預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)有所注意。在具體的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，要站在整體的角度上看待問題，對(duì)橋梁的抗震能力進(jìn)行傳遞途徑的完整化設(shè)計(jì)，可以有效地預(yù)防橋梁的坍塌或凹陷等一系列問題。

5.2 明確拼裝橋墩合理設(shè)計(jì)的重要性

設(shè)計(jì)人員在做橋梁的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)拼裝橋梁合理設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行明確，參考相關(guān)規(guī)范，對(duì)橋梁的抗震能力進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)。通過一系列的分析與計(jì)算來確保橋梁的抗震系數(shù)符合抗震要求。

5.3 進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件連接位置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員要將地震的荷載下塑性鉸區(qū)域作為基準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件連接位置的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的過程進(jìn)行重視，來保證設(shè)計(jì)的合理性。但是對(duì)于與塑性鉸區(qū)域相隔較遠(yuǎn)的位置，就要按照彈性響應(yīng)作為基準(zhǔn)來進(jìn)行連接位置的設(shè)計(jì)。

5.4 配合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

為了有效防止橋梁出現(xiàn)地上和地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞等問題，設(shè)計(jì)施工人員還可以將橋梁的墩柱、翼墻、墩壁等位置作為非彈性響應(yīng)部。然后根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范對(duì)橋梁的變形能力進(jìn)行驗(yàn)算，保證橋梁的設(shè)計(jì)符合規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

6 裝配式混凝土橋梁構(gòu)造設(shè)計(jì)

裝配式混凝土橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)也是非常重要的，首先，構(gòu)件接縫位置的設(shè)計(jì)要以墩柱和橋梁的連接處等位置作為基準(zhǔn)來進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。其次，要重視橋梁的耐用性。設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)對(duì)連接處的審查，從而保證橋梁的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。還可以使用薄聚合物等形式來對(duì)橋面的板接縫位置進(jìn)行細(xì)致的處理，并使用混凝土來對(duì)接頭進(jìn)行保護(hù)。橋梁連接處的設(shè)計(jì)一定要參考混凝土初期的抗壓強(qiáng)度，對(duì)于結(jié)構(gòu)施工的過程進(jìn)行優(yōu)化，最后，要禁止以直筋搭接規(guī)定來約束帶彎鉤鋼筋的連接[5-6]。

7 裝配式混凝土橋梁施工技術(shù)要點(diǎn)

7.1 專業(yè)化構(gòu)件設(shè)計(jì)

當(dāng)裝配式混凝土橋梁進(jìn)入整體的生產(chǎn)過程時(shí)，工作人員一定要對(duì)橋梁的施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行嚴(yán)格的分析，結(jié)合實(shí)際工地的情況與環(huán)境等因素來進(jìn)行施工。要結(jié)合具體的操作現(xiàn)場來綜合考慮每一個(gè)部分結(jié)構(gòu)的受力狀況，因?yàn)樵跇蛄旱慕ㄔO(shè)過程中，模塊化的建筑和傳統(tǒng)的混凝土建筑有很多不同的地方，所以一定要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行專業(yè)化設(shè)計(jì)。生產(chǎn)的廠家要合理調(diào)整建筑鋼筋的直徑與分布，受力與應(yīng)力兩個(gè)方面來綜合考慮構(gòu)件的綜合受力情況。

7.2 規(guī)范橋梁構(gòu)件制作流程

在橋梁的構(gòu)建過程當(dāng)中，規(guī)范橋梁構(gòu)件的制作流程也十分重要。規(guī)范化地設(shè)計(jì)模具，并對(duì)模具的質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格審查，可最大程度地減少模具之間的偏差，這是最基本的要求。而且在正式進(jìn)行量化生產(chǎn)之前，還要進(jìn)行試產(chǎn)，對(duì)橋梁進(jìn)行質(zhì)量的檢測與承重檢測，保證每一個(gè)構(gòu)件都符合制作的標(biāo)準(zhǔn)。最關(guān)鍵的是，一定要使用正確來源的原材料，確保生產(chǎn)原材料的質(zhì)量是可靠的。

7.3 科學(xué)管理與運(yùn)輸

橋梁的構(gòu)建原材料應(yīng)該小心存放，進(jìn)行科學(xué)管理與安全運(yùn)輸，要防止橋梁的構(gòu)件受潮或者是淋雨，而且將模具放在平整的地面上，保證受力在合理的范圍內(nèi)，并且做好防撞和防滑等工作?？梢圆捎枚ㄐ捅Ｗo(hù)墊來加強(qiáng)保護(hù)，在運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中要做到輕拿輕放，防止邊角在運(yùn)輸過程當(dāng)中有所磨損。

8 裝配式橋梁施工主要技術(shù)

8.1 承插式連接

承插式連接是裝配式橋梁施工過程當(dāng)中運(yùn)用的主要技術(shù)，當(dāng)運(yùn)用這一連接方式時(shí)，要嚴(yán)格控制插入孔洞的長度。施工人員要做好橋梁底部的鋪設(shè)工作，這樣可以保證橋梁施工的整體質(zhì)量得到提升。承插式連接方式的流程也比較簡單，而且施工周期也很短，施工人員一定要做好橋梁的力學(xué)分析，對(duì)于接縫處的處理加以重視，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)橋梁抗震能力的分析。

8.2 灌漿套筒連接

灌漿套筒連接就是將灌漿預(yù)制墩身和原先就連接到套筒的鋼筋進(jìn)行連接，對(duì)于連接過程中出現(xiàn)的空隙，使用高強(qiáng)度的水泥來填充。這種連接方式有點(diǎn)考驗(yàn)施工人員的專業(yè)技術(shù)水平，施工人員一定要有扎實(shí)的知識(shí)儲(chǔ)備，同時(shí)做好相關(guān)的測量等工作。

8.3 采用有預(yù)應(yīng)力的鋼筋連接構(gòu)造

近年來，預(yù)應(yīng)力鋼筋連接技術(shù)慢慢被人們接受，這一技術(shù)方式就是借助鋼絞線等高強(qiáng)度的鋼筋進(jìn)行連接，從而達(dá)到實(shí)際的施工要求。當(dāng)施工人員使用預(yù)應(yīng)力鋼筋連接技術(shù)時(shí)，一定要先做好相關(guān)的理論計(jì)算與分析，這樣才可以保證在長期施工當(dāng)中連接部位的穩(wěn)定性。

9 結(jié)語

綜上所述，裝配式混凝土橋梁不僅施工起來較為便捷，而且還減少了空氣污染，對(duì)于能源也起到了節(jié)約的作用，施工效率也大大高于其他的施工工藝。而且，近年來隨著裝配式橋梁技術(shù)的發(fā)展與提高，越來越多的建筑施工行業(yè)采用這一方式來進(jìn)行施工，相信裝配式混凝土橋梁會(huì)有越來越好的發(fā)展。